锂离子电池的基础知识课件.ppt

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1、锂离子电池的基础知识课件Your site here LOGO目目录u 锂离子电池组成锂离子电池组成u 炭负极材料炭负极材料u 锂离子电池工作原理锂离子电池工作原理Your site here LOGO锂离子离子电池的池的组成成正极正极 LixCoO2、LixNiO2或或LiMn2O4、LiFePO4等锂化合物等锂化合物 负极负极 LixC6锂碳层间化合物，如石墨、锂碳层间化合物，如石墨、MCMB等等电解质电解质 LiPF6（浓度（浓度 1mol/l）+DMC EC EMC（重量比（重量比1:1:1）隔膜隔膜 单层单层PP，单层，单层PE，三层，三层PP/PE/PP外壳五金件外壳五金件 铝壳、

2、盖板、极耳、绝缘片铝壳、盖板、极耳、绝缘片Your site here LOGO锂离子离子电池的池的组成成Your site here LOGO锂离子离子电池正池正极与极与负极极正极集流体：铝箔正极物质：钴酸锂+乙炔黑+PVDF负极物质：石墨+CMC+SBR负极集流体：铜箔Your site here LOGO为什么负极要用铜箔为什么负极要用铜箔而而正极要用铝箔正极要用铝箔做集流体，能否互换？做集流体，能否互换？1 1 导电性好，质地比较软（有利于粘结），导电性好，质地比较软（有利于粘结），也相对常见比也相对常见比 较廉价，表面都能形成一层氧化物保护膜。较廉价，表面都能形成一层氧化物保护膜。2

3、 2 正极电位相对较高，铜铝都会氧化，但是铝形成的氧化正极电位相对较高，铜铝都会氧化，但是铝形成的氧化 膜较致密，可膜较致密，可以以阻止铝集流体的进一步氧化，而铜集流阻止铝集流体的进一步氧化，而铜集流 体的氧化层较疏松体的氧化层较疏松。3 对于现在的石墨负极来说，由于其嵌锂电位较低（相对对于现在的石墨负极来说，由于其嵌锂电位较低（相对 于于Li+/Li是是0.01V左右），这时候铝会发生嵌锂反应左右），这时候铝会发生嵌锂反应(0.4V vsLi+/Li)，同时在脱嵌过程中会发生脱嵌，导致集流体，同时在脱嵌过程中会发生脱嵌，导致集流体 粉化，破坏负极结构，而铜则不会发生脱嵌锂反应，所粉化，破坏负

4、极结构，而铜则不会发生脱嵌锂反应，所 以对较低以对较低 电位的负极材料则要用铜箔；有些负极，比如电位的负极材料则要用铜箔；有些负极，比如 钛酸锂，其脱嵌锂电位相对碳类材料较高（超过钛酸锂，其脱嵌锂电位相对碳类材料较高（超过1V，vsLi+/Li），也可以使用铝箔作为集流体。），也可以使用铝箔作为集流体。Your site here LOGO炭负极材料炭负极材料 Your site here LOGO天然石墨天然石墨人造石墨人造石墨软碳软碳硬碳硬碳优点优点石墨化度高，理石墨化度高，理论比容量高论比容量高目前锂电负极目前锂电负极中使用的主要中使用的主要材料；价格便材料；价格便易，循环性能易，循环性

5、能好好晶面距大，晶面距大，较石墨能大较石墨能大电池充放电，电池充放电，（可快速充（可快速充放电）且有放电）且有耐过充过放耐过充过放的能力的能力晶面间距相晶面间距相当大，比容当大，比容量高，循环量高，循环性能好性能好缺点缺点循环寿命差，要循环寿命差，要经过机械研磨、经过机械研磨、氧化处理、表面氧化处理、表面包覆、掺杂等改包覆、掺杂等改性处理性处理比容量稍低比容量稍低有电压滞后有电压滞后的现象的现象有电压滞后有电压滞后现象，首次现象，首次充放电不可充放电不可逆损失大逆损失大炭材料优缺点比较炭材料优缺点比较Your site here LOGO理化指标理化指标v层面间层面间(d002):为两为两00

6、2晶面间的距离；理想石墨的晶面间的距离；理想石墨的d002=0.3354nmv石墨化度石墨化度(G)：指接近理想石墨的程度；指接近理想石墨的程度；G=(0.3440-d002)/(0.3440-0.3354)设结构最杂乱的碳材料的设结构最杂乱的碳材料的d002 0.3440nmv碳负极材料的比容量碳负极材料的比容量 比容量：单位质量的活性物质充电或放电到最大程度时的电比容量：单位质量的活性物质充电或放电到最大程度时的电 量，用量，用mAh/g表示。表示。理想石墨的嵌入锂离子形成理想石墨的嵌入锂离子形成LiC6时的理论比容量是时的理论比容量是372 mAh/g。其计算方法如下：其计算方法如下：金

7、属锂电化学比容量是金属锂电化学比容量是3860 mAh/g(Q=nF*1000/3600M)，锂在原子量为锂在原子量为6.94，碳碳 的原子量是的原子量是12.01 3860*6.94/（12.01*6）372 mAh/g 对于非理想石墨的理论比容量计算：对于非理想石墨的理论比容量计算：Q372GYour site here LOGO锂离子离子电池工作原理池工作原理DischargeElectrolytePositiveElectrodeNegativeElectrodeLi+Li+Li+Li+ChargeYour site here LOGO石墨嵌入化合物石墨嵌入化合物LiC6的结构的结构(

8、a)ABAB重复堆积而成，六方重复堆积而成，六方 结构结构(2H)(b)ABCABC重复堆积而成，重复堆积而成，菱形结构菱形结构(3R),为亚稳定结构，为亚稳定结构，没有纯的菱形结构单独存在。没有纯的菱形结构单独存在。0.25nm(a)石墨以石墨以AA层堆积、锂以层堆积、锂以aa层间有序插入的结构示意图层间有序插入的结构示意图(b)LiC6的层间有序结构的层间有序结构Your site here LOGO石墨的取向石墨的取向(大倍率性能大倍率性能)基面基面端面端面锂离子只能由垂直于石墨晶体锂离子只能由垂直于石墨晶体C C 轴方面的端面进行插入；轴方面的端面进行插入；如果取向平行集流体，则锂离子

9、如果取向平行集流体，则锂离子 的迁移路径长，降低大电流性能；的迁移路径长，降低大电流性能；如果石墨墨片的取向垂直于集流体如果石墨墨片的取向垂直于集流体 ，可以直接发生锂离子的插入和脱，可以直接发生锂离子的插入和脱 插，因而扩散阻力小，有利于大电插，因而扩散阻力小，有利于大电 流充放电。流充放电。动力电池负极材料采用动力电池负极材料采用MCMBMCMB。Your site here LOGOSEI膜的形成膜的形成Li+离子插入石墨过程：离子插入石墨过程：溶剂化锂离子在电场作用下溶剂化锂离子在电场作用下迁移到石墨负极表面迁移到石墨负极表面锂离子脱溶剂化嵌入到石墨锂离子脱溶剂化嵌入到石墨层间层间 部

10、分溶剂在石墨部分溶剂在石墨表面发生开环，还原等反应表面发生开环，还原等反应形成一层固体电解质保护膜形成一层固体电解质保护膜(SEI)阻止后续溶剂进阻止后续溶剂进一步的发生共嵌入。一步的发生共嵌入。有效有效SEI要求为锂离子导体、要求为锂离子导体、非电子导体的保护膜，防止非电子导体的保护膜，防止负极材料与电解液进一步反负极材料与电解液进一步反应应。Your site here LOGO不可逆容量的产生不可逆容量的产生所有炭素材料在经过首次充放电时都会存在由于副反应带来的所有炭素材料在经过首次充放电时都会存在由于副反应带来的 不可逆容量损失。不可逆容量损失。随着负极电位的降低，直到电解液中成分在负极表面形成一种随着负极电位的降低，直到电解液中成分在负极表面形成一种 稳定的钝化膜稳定的钝化膜(SEI)而停止。而停止。首次放电出现四个电压平台，其中首次放电出现四个电压平台，其中A为为SEI膜的形成，石墨的大膜的形成，石墨的大 部分容量在范围内。部分容量在范围内。2.01.61.20.80.40.0 0 300 600不可逆容量 可逆容量(b)第2次循环 (a)第1次循环充电放电Your site here LOGOThank you for your attention!谢谢大家！